KR101785983B1

KR101785983B1 - Method for starting a permanent magnet single-phase synchronous electric motor and electronic device for implementing said method

Info

Publication number: KR101785983B1
Application number: KR1020110047785A
Authority: KR
Inventors: 엘리오 마리오니
Original assignee: 아스콜 홀딩 에스.알.엘.
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2017-10-18
Also published as: US20130026967A1; PL2410651T3; US9065363B2; EP2421144A3; EP2410651B1; EP2421144A2; KR20120011775A; CN102347723A; ES2426607T3; PL2410651T4; US20120019180A1; EP2410651A1; EP2421144B1; CN102347723B; US8164286B2

Abstract

간단하고 경제적으로 구현으로, 영구 자석을 사용하는 단상 동기 전기 모터를 구동하는 방법으로, 상기 방법은 스위치 온하는 제 1조건 및 제 2조건을 제공하는 스위치의 제어 로직의 적용 단계를 포함하며: 제 1조건은 감지된 역기전력 신호가 전기 계통 전압 신호와 동일한 부호인 경우 검증되고; 제 2조건은 상기 역기전력 신호가 자신의 1차 미분값과 동일한 부호일 때 검증된다. A method of driving a single phase synchronous electric motor using a permanent magnet in a simple and economical implementation, the method comprising the application of the control logic of the switch providing a first condition and a second condition for switching on: 1 condition is verified if the sensed back electromotive force signal is the same sign as the electrical system voltage signal; The second condition is verified when the back electromotive force signal is the same sign as its first derivative value.

Description

영구 자석 단상 동기 전기 모터 구동 방법 및 이를 구현하는 전자 장치{METHOD FOR STARTING A PERMANENT MAGNET SINGLE-PHASE SYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR AND ELECTRONIC DEVICE FOR IMPLEMENTING SAID METHOD}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a permanent magnet synchronous electric motor driving method,

본 발명은, 대부분의 일반적인 측면에 있어서, 단상 영구 자석 동기 전기 모터를 구동하는 방법 및 상기 구동 방법을 구현하는 전기모터와 연관될 수 있는 전자 장치에 관한 것이다.The present invention relates, in most general aspects, to a method of driving a single phase permanent magnet synchronous electric motor and to an electronic device which can be associated with an electric motor embodying the driving method.

특히, 단상 영구 자석 동기 전기 모터를 구동하는 방법은 비용과 부피를 감소시키는 큰 필요성에 의하여 특정되는 적용분야에 사용되는 단상 동기 전기 모터들의 구동과 관련된다. 예를 들어, 세탁기 및 식기세척기와 같은 가전제품에서 사용되는 전기 모터들의 구동과 관련된다.In particular, the method of driving a single phase permanent magnet synchronous electric motor involves the driving of single phase synchronous electric motors used in applications specified by a large need to reduce cost and volume. For example, driving electric motors used in household appliances such as washing machines and dishwashers.

알려진 바와 같이, 고에너지 효율 및 동작 속도의 뛰어난 안정성의 혜택을 받는 동기 회로들은 구동시 상당한 단점을 갖는다. As is known, synchronous circuits that benefit from high energy efficiency and excellent stability of operating speed have significant disadvantages in operation.

실제로, 구동 단계에서, 고정자는 0 속도에서 머신의 전원 공급 장치와 커플링되는 주파수 조건까지 도달되어야 한다. 실제로, 상기 주파수 커플링을 위해서는, 기계적 및/또는 전자적 기술적인 설비가 적용되어, 따라서 상당한 생산 비용 및 설치 비용이 수반된다. In practice, in the drive phase, the stator must reach a frequency condition that is coupled to the machine's power supply at zero speed. Indeed, for the frequency coupling, mechanical and / or electronic technical equipment is applied, thus leading to considerable production and installation costs.

특히, 전자 시스템들은 계통 전압의 주파수 및 진폭이 쉽게 변화되게 하여, 구동단계에서 주파수 및 진폭을 변동시키는 인버터 및 초퍼로 구성된 회로의 사용을 포함한다.In particular, electronic systems include the use of circuits composed of inverters and choppers that cause the frequency and amplitude of the grid voltage to change easily, thereby varying the frequency and amplitude in the driving phase.

또한 상기 회로들은, 모터의 구동 문제점을 만족하게 해결하는 반면, 고도의 복잡성을 갖고 그 결과 장치의 전체 비용에 상당한 영향을 준다. 또한, 상기 회로들은 3상 머신들에 맞춰 개발되고 최적화되어, 2상 동기 모터들 및 모든 저전력 단상 동기 모터들을 제어하는데 지나치게 부담이 되고 부적합하다.In addition, while the above circuits satisfactorily solve the problem of driving the motor, they have a high degree of complexity and, as a result, have a considerable influence on the overall cost of the device. In addition, the circuits have been developed and optimized for three-phase machines, making them overly burdensome and unsuitable for controlling two-phase synchronous motors and all low-power single-phase synchronous motors.

다상 모터들의 동작에 있어서, 다양한 상에 관련된 다양한 권선들에 항상 동시에 전류가 공급(feed)되지는 않는다. 그러므로, 머신에 의해 발생되는 역기전력의 측정을 수행하는, 전류가 공급되지 않는 적어도 하나의 코일이 종종 존재한다. 상기 측정으로 인하여 특정 센서의 도움 없이도 회전자의 위치를 추정하는 것이 가능하며, 충분하게 낮은 비용의 전자시스템으로 제어하는 구동이 가능하다. 그러나, 권선의 상전류가 0과 다른 경우, 단상 모터들의 역기전력이 얻어질 수 없기 때문에, 이런 해결책은 단상 모터들에서는 구현될 수 없다.In operation of the multiphase motors, current is not always fed simultaneously to the various windings associated with the various phases. Therefore, there is often at least one coil that is not current fed, which performs measurements of the counter electromotive force generated by the machine. Because of this measurement, it is possible to estimate the position of the rotor without the aid of a specific sensor, and it is possible to drive to control with a sufficiently low cost electronic system. However, when the phase current of the winding is different from zero, such a solution can not be implemented in single-phase motors since the counter-electromotive force of the single-phase motors can not be obtained.

또한, 정확하게 단상 모터들은, 특히 영구 자석들의 실시예에서, 그들의 낮은 생산 비용 때문에 시장에서 특히 넓게 사용된다. 현재, 그들의 구동은, 가능한 한도 내의 비용을 정확하게 유지하기 위하여, 일반적으로 기계적 설비로 쉽게 사용된다. 그러나 상기 목적을 위하여 사용되는 기계적 설비들은 에너지 효율 및 소음의 더 큰 문제를 야기한다. Moreover, precisely single-phase motors, in particular in the embodiment of permanent magnets, are particularly widely used in the market due to their low production costs. At present, their drive is easily used with mechanical equipment in general, in order to keep costs within the limits as accurate as possible. However, the mechanical equipment used for this purpose leads to a greater problem of energy efficiency and noise.

그러므로, 본 발명의 기초를 형성하는 기술적 과제는, 낮은 생산 비용 및 설치 비용으로, 영구자석을 사용하는 단상 동기 모터들의 효율적으로 구동하는 구현이 되는 구동 방법 및 개별의 전자 장치를 고안하는 것이다.Therefore, a technical problem forming the basis of the present invention is to devise a driving method and an individual electronic device which are efficient implementations of single-phase synchronous motors using permanent magnets with low production cost and installation cost.

전술한 기술적 과제는 스위치에 의해 전기 계통(grid)과 연결된 권선이 제공되는 고정자 및 영구 자석 회전자를 포함하는 단상 동기 전기 모터 구동 방법에 의하여 해결된다.SUMMARY OF THE INVENTION The above-described technical problem is solved by a single-phase synchronous electric motor drive method including a stator and a permanent magnet rotor provided with windings connected to an electric grid by a switch.

이러한 방법은 상기 스위치의 제어 로직을 적용하는 단계를 적어도 하나 포함하고, 이 단계는 권선 내부를 회전하는 전류가 전기 모터에 의해서 생성되는 역기전력과 대체적으로(즉 대부분의 시간) 동일한 부호(sign)로 되게 하기 위한 스위치 온(switch on)되는 두 조건들을 이용한다. This method includes at least one step of applying the control logic of the switch, wherein the step of rotating the current in the winding has the same sign as the back electromotive force generated by the electric motor (i. E., Most of the time) To be switched on in order

이하 이러한 부호가 어떤 이유로 전기 모터의 우수한 구동을 하게 하는 지에 대해서 간략하게 설명한다. Hereinafter, a brief description will be given as to why such a code makes a good drive of an electric motor.

권선들 내부의 전류에 의하여 순간적으로 발생한 구동 토크 C_M은 내적에 의해 주어진다. The driving torque C _M momentarily generated by the current in the windings is given by the dot product.

여기서 Φ 는 권선의 자석에 의하여 유도되는 자속의 피크 값이고, θ 는 회전자의 각변위이다.Where? Is the peak value of the magnetic flux induced by the magnets of the windings, and? Is the angular displacement of the rotor.

한편, 역기전력은On the other hand,

이며, 따라서,And therefore,

회전 속도 ω_m에 상응한 토크값C_M 을 얻기 위하여, 즉 구동동안 브레이크 토크가 아닌 구동 토크를 보장하기 위하여, 전술한 대로 권선에서 순환하는 전류를 역기전력과 동일한 부호로 하는 것이 필요하다. A torque value corresponding to the rotational speed ω _m C _M It is necessary to make the current circulating in the winding the same as that of the counter electromotive force in order to ensure the drive torque that is not the brake torque during driving.

스위치를 스위치온하는 제 1 조건은, 감지된 역기전력 신호가 전기 계통 전압 신호와 동일한 부호를 갖는 경우 검증되고, 반면에 제 2 조건은 상기 역기전력 신호가 자신의 1차 미분 값과 동일한 부호를 갖는 경우 검증된다.The first condition for switching on the switch is verified if the sensed back electromotive force signal has the same sign as the electrical system voltage signal, whereas the second condition is the case when the back electromotive force signal has the same sign as its first derivative Is verified.

저비용의 구성요소로 센서가 없는 모드에서 실행될 수 있는 전술한 제어회로는 단상 동기 전기 모터의 간단하고 효율적인 구동을 하게 한다. The above-described control circuit, which can be operated in a sensorless mode with low cost components, allows simple and efficient operation of a single phase synchronous electric motor.

역기전력 신호는 센서들의 도움 없이 예를 들어, 권선으로 공급되는 전류가 0인 기간 동안 전기 계통 전압과 스위치 전압 사이의 차이로 쉽게 얻어질 수 있다. 전류가 0인 조건은 스위치 전압이 0과 충분히 다르게 하거나, 또한 션트(shunt)저항을 통해서 평가될 수 있다.The counter electromotive force signal can be easily obtained without the aid of sensors, for example, as the difference between the electric grid voltage and the switch voltage for a period of time when the current supplied to the winding is zero. A condition where the current is zero can make the switch voltage sufficiently different from zero, or can also be evaluated through a shunt resistor.

또한, 전술한 제어 로직이 스위치를 스위치 온하는 조건을 제어하기 때문에, 제어로직의 구현에 있어서 스위치는 간단한 TRIAC 스위치가 될 수 있고, TRIAC 스위치는 전류가 0을 통과하는 순간, 전기적 연결을 중단한다. In addition, since the control logic described above controls the condition for switching on the switch, in the implementation of the control logic, the switch can be a simple TRIAC switch and the TRIAC switch will stop the electrical connection at the moment the current passes zero .

더 정교한 제어회로는, 전류와 역기전력의 부호의 차이가 있는 경우 스위치를 스위치 오프(switch off)하는 조건을 포함하며, 전류를 중단할 수 있는 스위치뿐만 아니라 고정자 권선의 인덕턴스에서 소멸된 에너지를 흡수하는 적절한 회로가 필요할 수 있다. 이러한 로직은 권선 내부에서 전류가 순환하는 순간, 복잡한 회로들의 구현을 통해, 전류신호 및 역기전력 신호의 예측치의 획득이 또한 필요할 수 있다.A more sophisticated control circuit includes a condition that switches off the switch if there is a difference between the sign of the current and the counter electromotive force and includes a switch capable of interrupting the current as well as a switch that can absorb the energy dissipated in the inductance of the stator winding Appropriate circuitry may be required. This logic may also require acquisition of predictions of the current signal and the back electromotive force signal, through the implementation of complex circuits, at the moment when the current circulates within the winding.

그러나 실질적으로 본 발명에 따른 제어 로직의 제2조건은 고정자 전류가 역기전력과 상이한 상황을 방지하며, 스위치의 스위치 오프 조건을 충분하게 하거나 제어 구조 및 그 실현을 상당히 간단하게 한다.However, substantially the second condition of the control logic according to the present invention prevents situations where the stator current is different from the counter electromotive force, satisfies the switch-off condition of the switch or makes the control structure and its realization considerably simple.

상기 제1 조건은 구형의(squared) 역기전력 신호와 계통 동기화 신호에 XNOR 로직 연산을 적용함으로써 검증될 수 있다. The first condition can be verified by applying an XNOR logic operation to the squared back electromotive force signal and the grid synchronization signal.

제2 조건은 구형의(squared) 역기전력 신호와 역기전력의 구형의 1차 미분 신호에 XNOR 로직 연산을 적용함으로써 또한 검증될 수 있다. The second condition can also be verified by applying an XNOR logic operation to the rectangular differential signal of the squared and back electromotive force signals.

또한, 제 1 조건 및 제 2조건은 계통 동기화 신호와, 역기전력 신호와 적절하게 스케일된 역기전력 신호의 1차 미분 신호 사이에서 획득된 2차 구형의 신호 사이의 XNOR 로직 연산을 적용함으로써 동시에 검증될 수 있다.The first condition and the second condition can also be verified simultaneously by applying an XNOR logic operation between the system synchronization signal and the signal of the secondary sphere obtained between the back electromotive force signal and the first differential signal of the appropriately scaled back electromotive force signal have.

역기전력의 1차 미분이 역기전력보다 앞서기 때문에, 구형의 두 신호들의 합은 구형의 역기전력 신호보다 앞서며; 상기 앞섬은 1차 미분에 영향을 주는 스케일 요소와 함께 증가하며; 구형의 임계값은 또한 상승 엣지(rising edge)를 지연시키고 하강 엣지(falling edge)를 앞당기며; 그 결과, 두 파라미터와 함께 환경(관성질량, 수력-역학 부하, 자기소거(demagnetization)의 위험성)의 요구에 따라, 스위치 온 조건이 허용되는 범위를 설정하는 것이 가능하다.Since the first derivative of the counter electromotive force is earlier than the counter electromotive force, the sum of the two spherical signals precedes the spherical counter electromotive force signal; Said leading is increased with a scale factor affecting the first derivative; The spherical threshold also delays the rising edge and advances the falling edge; As a result, it is possible to set the range in which the switch-on condition is allowed, depending on the requirements of the environment (inertia mass, hydraulic-dynamic load, risk of demagnetization) with both parameters.

스위치의 스위치 온은 제어 로직의 제1조건의 발생에 관하여 앞당겨질수 있으며, 역기전력이 계통 전압과 동일한 부호로 취해가고 있는 부호를 변경하는 순간보다 조금 앞서서 스위치가 스위치 온되는 것이 가능하다.The switch on of the switch can be advanced with respect to the occurrence of the first condition of the control logic and it is possible for the switch to be switched on a little bit earlier than the instant when the counter electromotive force changes to the sign taking the same sign as the grid voltage.

이런 해결책은 회전자의 위상각의 사인(sine)을 갖는 토크와, 회전자 권선에 의해서 나타나는 저항적-유도(ohmic-inductive)회로의 전압신호에 관한 전류 신호의 지연과의 연결을 고려하는 것이 가능하다. 계속하여 위상각이 반대인 경우, 브레이크 토크는 무시될 수 있다. 그러나, 앞선 스위치 온은 회로에 시간을 더 제공하여 전류가 증가시켜, 위상각의 사인이 대체로 동일해지는 경우 상기 전류를 이용할 수 있다.This solution is to consider the connection of the torque with the sine of the phase angle of the rotor and the delay of the current signal with respect to the voltage signal of the ohmic-inductive circuit represented by the rotor winding It is possible. Subsequently, when the phase angle is opposite, the brake torque can be ignored. However, the prior switch-on can provide more time to the circuit to increase the current so that the current can be used if the sign of the phase angle is approximately equal.

코깅(cogging) 토크 또는 모터의 부하로 인한 일부 감속의 경우, 스위치의 스위치 온을 억제하는 제2 조건을 방지하기 위해, 역기전력 신호가 자신의 1차 미분값과 다른 부호를 취함에도 불구하고, 1차 미분 부호의 마지막 변화에 부합하여 역기전력 신호의 피크값이 임계값 아래의 모듈을 갖는 경우, 스위치를 스위치 온하게 하는 전술한 제2조건을 완화시키는 것이 가능하다.In order to prevent the second condition of suppressing the switch-on of the switch in the case of cogging torque or some deceleration due to the load of the motor, even though the counter electromotive force signal takes a different sign from its first derivative value, When the peak value of the counter electromotive force signal has a module below the threshold value in accordance with the last change of the differential coefficient, it is possible to relax the above-mentioned second condition for switching on the switch.

또한 제어 로직의 제2조건은, 회전자의 극(pole)이 고정자 극에 접근하는 경우, 즉 역기전력의 부호가 변경되려 하는 상황에서, 스위치의 스위치 온을 억제하길 원한다. The second condition of the control logic also desires to inhibit the switch from being switched on when the poles of the rotor approach the stator poles, that is, when the sign of the back electromotive force is to be changed.

그러나, 전술한 일부 감속은 필수적으로 발생할 상기 중요한 조건 없이, 신호의 음의 1차 미분을 야기한다. 그러나, 이런 환경은, 감속의 발생에 앞서는 역기전력 피크치의 절대값이, 일반적으로 정상 속도의 역기전력의 20%보다 적은, 낮은 값을 취한다는 사실로부터 알 수 있다. 이것이, 상기 값이 특정 임계치에 도달하지 못하는 경우, 제어 로직이 이전 상태를 위반할 수 있는 TRIAC 스위치의 스위치 온을 유리하게 제공할 수 있는 이유이다. However, some of the decelerations described above cause a negative first order derivative of the signal, without the critical conditions that would necessarily occur. However, such an environment can be seen from the fact that the absolute value of the back electromotive force peak prior to occurrence of the deceleration takes a low value, which is generally less than 20% of the counter electromotive force at normal speed. This is why, if the value does not reach a certain threshold, the control logic can advantageously provide switch-on of the TRIAC switch which can violate the previous state.

본 발명에 따른 방법은, 제어 로직의 적용 단계 이전에, 회전자가 코깅 토크를 극복하도록 구동되게 의도된 동일한 부호의 일련의 구동 임펄스 전류를 고정자 권선에 공급하는 단계를 포함한다.The method according to the present invention includes the step of supplying a series of drive impulse currents of the same sign to the stator windings intended to be driven to overcome the rotor cogging torque prior to the application of the control logic.

그 결과, 제어 로직의 응용 단계의 후속 단계는, 역기전력 신호의 소정의 임계치가 초과되는 경우에만 구동된다.As a result, the subsequent stage of the application phase of the control logic is driven only when the predetermined threshold of the counter electromotive force signal is exceeded.

구동 단계는, 코깅 토크의 발생이 초과되는 경우, 제어 파라미터의 임계치가 선택되어, 고정자의 2개의 연속되는 양극 축 사이에 대응하는 각과 동일한 회전자의 회전각 내에서 변환 단계를 착수한다. 2극의 단상 모터의 특정 예에서는, 제어 로직은 회전자의 첫번째 180도 회전 내에서 개시된다. The driving step, when the generation of the cogging torque is exceeded, the threshold of the control parameter is selected to initiate the conversion step within the same rotational angle of the rotor as between the two consecutive anode axes of the stator. In a particular example of a bipolar, single phase motor, the control logic is initiated within the first 180 degree rotation of the rotor.

특히, 바람직하게, 역기전력이 정상 동작 속도에서의 역기전력의 피크값의 10%와 20% 사이의 임계치를 초과하는 경우, 로직이 적용되게 설계되는 것도 가능하다. In particular, it is also possible that the logic is designed to be applied, preferably when the counter electromotive force exceeds a threshold between 10% and 20% of the peak value of the counter electromotive force at the normal operating speed.

본 발명에 따른 방법은, 또한 회전자를 소정의 구동위치로 이동시키기 위한 상기 구동 임펄스들과 상이한 부호의 일련의 정렬 임펄스 전류를 권선에 공급하는 예비단계를 포함할 수 있다. The method according to the invention may also comprise a preliminary step of supplying a winding with a series of aligned impulse currents of a sign different from the drive impulses for moving the rotor to a predetermined drive position.

회전자가 2개의 다른 평형 위치들을 갖고 있기 때문에, 전술한 재정렬 동작은, 연속적인 구동 임펄스들이 위치 센서들을 필수적으로 사용하지 않고, 회전자의 회전을 촉진하는 것을 확실하게 한다. Because the rotor has two different equilibrium positions, the above-described reordering operation ensures that successive drive impulses do not necessarily use position sensors, but rather facilitate rotation of the rotor.

그 결과, 방법은 바람직하게, 정렬 임펄스들의 공급 단계 후 및 구동 임펄스를 공급하는 단계 이전에 대기단계를 포함할 수 있다. 상기 대기 단계는 재정렬 이후 베딩(bedding) 진동을 받는 회전자를 안정화하기에 충분히 길게 지속된다.As a result, the method may preferably include an atmospheric step after the supply step of the alignment impulses and prior to the step of supplying the drive impulse. The atmospheric step lasts long enough to stabilize the rotor subject to bedding vibrations after reordering.

정렬 임펄스들처럼 구동 임펄스들은 전기 계통 전압의 부호의 변화에 관하여 초기 각도만큼 지연될 수 있다.Like the alignment impulses, the drive impulses can be delayed by an initial angle with respect to the change in sign of the electrical system voltage.

이런 초기 각도는 바람직하게 계통 전압, 회전자 관성질량, 및 회전자 관성질량의 위치에 적당하게 적용될 수 있어서, 최대 가속도를 얻고, 동시에 회전자의 자기소거(demagnetization)를 방지할 수 있다. This initial angle can be suitably applied to the position of the grid voltage, the rotor inertial mass, and the rotor inertial mass, so as to obtain the maximum acceleration and at the same time prevent the demagnetization of the rotor.

특히, 일련의 구동 임펄스동안, 초기 각도를 줄여, 그 결과 점진적으로 강도를 증가시키는 것이 얼마나 바람직한지 알 수 있다.In particular, during a series of drive impulses, it can be seen how it is desirable to reduce the initial angle, and consequently to gradually increase the intensity.

전술한 기술적 과제는 또한 동기 모터를 구동하는 전자 장치에 의해 해결될 수 있으며, 동기 모터는 처리장치, 상기 처리장치에 의해 제어된 상기 동기 모터에 전류를 공급되는 스위치를 포함하되, 상기 처리 장치는 계통 전압신호 및 스위치 전압 신호를 수신하고, 상기 전자 장치는 전술한 방법을 구현하도록 배치된다. 전술한 바와 같이, 스위치는 TRIAC 종류의 스위치가 될 수 있다.The above-described technical problem can also be solved by an electronic device for driving a synchronous motor, wherein the synchronous motor includes a processing device, a switch for supplying current to the synchronous motor controlled by the processing device, A grid voltage signal and a switch voltage signal, the electronic device being arranged to implement the method described above. As described above, the switch can be a TRIAC type switch.

본 발명의 특징들과 장점들은, 첨부된 도면을 참조함으로써 나타내고 목적을 제한하지 않으며, 후술할 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 더 명확해 질 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of preferred embodiments thereof, which is illustrated by way of example and not limitation in the figures of the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 구동 로직에 의해 제어되는 동기 전기 모터를 개략적으로 도시한다.
도 2는 도 1의 동기 전기 모터에 적용된 본 발명에 따른 전자 장치를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 구동 방법의 다양한 단계를 도시한 블록도를 도시한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 구동 방법의 제 1단계동안 도 1의 동기 모터와 관련된 일부 파라미터들의 시간 그래프를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 구동방법의 제 2단계동안 도 1의 동기 모터와 관련된 일부 파라미터들의 시간 그래프를 도시한다.
도 6는 본 발명에 따른 구동방법의 제 3단계동안 도 1의 동기 모터와 관련된 일부 파라미터들의 시간 그래프를 도시한다.
도 7은 본 발명에 따른 구동방법의 2 개의 다른 실시예에서의 3단계동안 발생하는 구동 토크의 시간 그래프를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 구동 방법의 2 개의 다른 실시예에서의 3단계 동안 도1의 동기 모터와 관련된 일부 파라미터들의 시간 그래프를 도시한다.
도 9는 본 발명에 따른 구동 로직에서 사용되는 일부 신호들의 시간 그래프를 나타낸다.Figure 1 schematically shows a synchronous electric motor controlled by the drive logic according to the invention.
2 shows an electronic device according to the invention applied to the synchronous electric motor of Fig.
Figure 3 shows a block diagram illustrating various steps of a driving method according to the present invention.
Figures 4A-4C show time graphs of some parameters associated with the synchronous motor of Figure 1 during the first stage of the drive method according to the present invention.
Figure 5 shows a time graph of some parameters associated with the synchronous motor of Figure 1 during the second stage of the drive method according to the present invention.
Figure 6 shows a time graph of some parameters associated with the synchronous motor of Figure 1 during the third step of the drive method according to the present invention.
Fig. 7 shows a time graph of drive torque occurring during three stages in two different embodiments of the drive method according to the present invention.
Figure 8 shows a time graph of some parameters related to the synchronous motor of Figure 1 during three stages of two different embodiments of the drive method according to the present invention.
9 shows a time graph of some signals used in the driving logic according to the present invention.

첨부된 도 1을 참조하면, 참조 번호 1은 고정자(10) 및 고정자에 대하여 회전할 수 있는 원통형의 회전자(150)를 포함하는, 영구자석을 사용하는 단상 동기 모터를 식별한다.1, reference numeral 1 identifies a single-phase synchronous motor using a permanent magnet, including a stator 10 and a cylindrical rotor 150 rotatable relative to the stator.

고정자(10)는 고정자 자신의 제1극 확장(12a) 및 제2극 확장(12b) 사이에서 회전하게 배치된 회전자(15)를 감싸는 자기 회로로 정의된다. 고정자는 전자 장치(20)에 의하여 전류가 공급되는 두 권선들(11)을 갖는다.The stator 10 is defined as a magnetic circuit surrounding the rotor 15 arranged to rotate between the first pole extension 12a and the second pole extension 12b of the stator itself. The stator has two windings (11) supplied with current by the electronic device (20).

회전자(15)는 외부 경계에 2개의 전혀 다른 반대 자극을 정의하도록 구성된 영구 자석을 포함한다. 회전자축 AR이라는 용어를 통해, 본 명세서는 여기서 정의된 극들 사이의 분리의 이상적인 판 위의 회전자의 지름을 정의할 수 있다.The rotor (15) comprises a permanent magnet configured to define two distinct opposite poles at the outer boundary. Through the term rotator axis AR, this specification can define the diameter of the rotor on the ideal plate of separation between the poles defined herein.

고정자(10)의 극축 AP에 따라 배치된 극 확장들(12a, 12b)은 형태적인 비대칭성에 의해서 구분되며, 휴지(rest)시 회전자(15)는 고정자(10)의 양극 축(AI)에 대하여 비대칭 각도 θ_R 만큼 기울여진 회전자축 AR로 배치된다. The pole extensions 12a and 12b arranged according to the polar axis AP of the stator 10 are distinguished by morphological asymmetry so that when the stator 10 is rested, Are arranged with a rotary axis AR tilted by an asymmetric angle &thetas; _R.

알려진 이러한 비대칭은 동기모터의 단방향의 구동을 하도록 한다. 본 실시예에서, 회전자 축 AR은 양극 축에 대하여 반시계 방향으로 약 6도 정도 기울여서, 그 결과 동일한 방향으로 회전자의 구동을 촉진한다. This known asymmetry allows unidirectional driving of the synchronous motor. In this embodiment, the rotor axis AR is inclined about 6 degrees counterclockwise with respect to the axis of the anode, thereby promoting the drive of the rotor in the same direction.

바람직하게 제어 보드의 형태를 취하는 전자 장치(20)는 교류의 전기 계통(22)에 의해 전원이 공급되는, 고정자 권선들(11)로의 전원공급을 조정하도록 구성된, 이러한 특정한 경우에는 TRIAC 스위치인 정적 스위치(21)을 가진다. The electronic device 20, preferably in the form of a control board, is configured to regulate the supply of power to the stator windings 11, powered by an alternating current electrical system 22, in this particular case a static And has a switch 21.

TRIAC 스위치(21)는, 바람직하게 마이크로 프로세서의 형태를 취하는, 처리 장치(30)의 PWM 출력(33)에 연결된다. 상기 처리 장치(30)는 후술할 동기 모터(1)의 구동 방법을 구현한다.The TRIAC switch 21 is connected to the PWM output 33 of the processing unit 30, preferably in the form of a microprocessor. The processing device 30 implements a driving method of a synchronous motor 1 to be described later.

처리 장치(30)는 계통 전압 신호(23)를 수신하는 제1입력(31), 스위치의 전압 신호(24)를 수신하는 제2입력(32)를 갖는다.The processing device 30 has a first input 31 for receiving the system voltage signal 23 and a second input 32 for receiving the voltage signal 24 of the switch.

이런 신호들을 처리함으로써, 처리 장치(30)는, 동기 모터(1)에 의해 생성되고 전류가 0인 순간에 계통 전압 신호(23)와 스위치 전압 신호(24)의 차이에 의하여 얻어지는 역기전력의 간접적인 측정을 수행할 수 있다. 제어 장치(30)는 여전히 스위치의 전압 신호(24)를 평가하고, 특히 스위치 전압 신호(24)가 0값에 충분히 벗어나 있도록 보장하는 상기 전류가 0인 조건을 감지한다.By processing these signals, the processing device 30 is able to determine whether the indirect voltage of the back electromotive force, which is generated by the difference between the system voltage signal 23 and the switch voltage signal 24, Measurement can be performed. The control device 30 still evaluates the voltage signal 24 of the switch and particularly senses the condition that the current is zero ensuring that the switch voltage signal 24 is well out of the zero value.

전류가 0인 기간의 역기전력 측정으로부터, 처리 장치(30)는 상기 힘의 시간 분석을 추정할 수 있다. 그 결과, 처리 장치(30)는 역기전력이 양의 값인 경우 단일 값을 취하고, 그렇지 않은 경우 0 값을 취하는 구형의 역기전력 신호(26); 및 역기전력의 함수가 양의 미분을 갖는 경우 단일 값을 취하고, 그렇지 않은 경우 0의 값을 취하는 구형의 역기전력의 1차 미분 신호(27)를 생성한다.From the measurement of the counter electromotive force in the period in which the current is zero, the processing device 30 can estimate the time analysis of the force. As a result, the processing device 30 obtains a spherical counter-electromotive force signal 26 that takes a single value when the counter electromotive force is a positive value and takes a value of zero otherwise; And a first differential signal 27 of a spherical back electromotive force which takes a single value when the function of the counter electromotive force has a positive differential and takes a value of zero otherwise.

전자 장치(20)는 또한 계통 동기화 신호(25), 즉 전기 계통 전압이 양의 값을 갖는 경우 단일 값을 갖고 음의 값을 갖는 경우 0의 값을 취하는 신호를 획득하여, 그 신호를 처리장치(30)에 전송하는, 전원 공급 계통의 동기화용 부분(35)을 갖는다.The electronic device 20 also acquires a signal that takes a value of zero if it has a single value and a negative value if the systematic synchronization signal 25, i.e., the electrical system voltage has a positive value, (35) of the power supply system, which transmits the power supply system (30).

계통 동기화 신호(25), 구형의 역기전력 신호(26), 및 구형의 역기전력의 기울기(27)의 신호의 시간 그래프는 개략적으로 역기전력의 그래프와 비교되고, 도 9에서 도시된다.The time graph of the signals of the system synchronization signal 25, the spherical counter-electromotive force signal 26 and the spherical counter-electromotive force gradient 27 is schematically compared with a graph of the counter electromotive force and is shown in Fig.

전자 장치(20)는 또한 전압 기준 신호를 처리 장치(30)에 공급하기 위하여 구성된, 처리 장치(30)의 전원 공급부(36)을 갖는다.The electronic device 20 also has a power supply 36 of the processing device 30 configured to supply a voltage reference signal to the processing device 30. [

동기 모터(1)의 구동은 회전자(15)를 소정의 구동 위치로 이동시키는 제1 정렬 단계를 제공한다.The driving of the synchronous motor 1 provides a first alignment step of moving the rotor 15 to a predetermined driving position.

휴지 상태에서, 회전자(15)는 제1극 확장(12a)과 제2극 확장(12b)이 각각 반대 극성으로 마주보도록 구성된다. 그러나 머신의 구동을 용이하게 하기 위하여, 확실하게 알려진 구동위치가 선호된다.In the rest state, the rotor 15 is configured such that the first pole extension 12a and the second pole extension 12b face each other with the opposite polarity. However, in order to facilitate the driving of the machine, a surely known driving position is preferred.

본 발명에서 도 1에 도시된 소정의 구동 위치는, 회전자(15)의 N극이 고정자(10)의 제2극 확장(12b)을 마주보는 것을 보여준다.In the present invention, the predetermined driving position shown in Fig. 1 shows that the N pole of the rotor 15 faces the second pole extension 12b of the stator 10.

이런 결과를 얻기 위하여, 전자 장치(20)는 TRIAC 스위치(21)를 제어하여 일련의 전류 임펄스들을 권선들(11)에 공급하며, 전류 임펄스들은 본 명세서에서 정렬 임펄스들(50)로 불리우고, 전기 계통(22)의 전압 신호의 소정의 반주기, 구동 위치에 따른 양 또는 음의 기간 동안에 생성된다. 그 결과 적용단계에서, 계통 동기화 신호(23)가 양의 값(또는 선택된 반주기에 따른 음의 값)을 취하는 경우에만, TRIAC 스위치는 스위치 온이 되어야 한다.To achieve this result, the electronic device 20 controls the TRIAC switch 21 to supply a series of current impulses to the windings 11, which are referred to herein as alignment impulses 50, A predetermined half period of the voltage signal of the system 22, a positive or negative period depending on the driving position. As a result, in the application phase, the TRIAC switch must be switched on only if the system synchronization signal 23 takes a positive value (or a negative value according to the selected half period).

위치가 구동을 위해 미리 선택된 위치가 아닌 경우, 생성된 정렬 임펄스들(50)은, 양극 축 AI에 관한 회전 축 AR의 전술한 기울기에 의하여, 회전자(15)의 회전을 구동위치를 향해 촉진한다. If the position is not the preselected position for actuation, the generated alignment impulses 50 are accelerated by the above-mentioned slope of the rotation axis AR with respect to the anode axis AI, do.

또한, 회전자가 이미 구동위치에 있는 경우, 정렬 임펄스들(50)은 자신의 위치를 변경하지 않는다.Also, if the rotor is already in the drive position, the alignment impulses 50 do not change their position.

정렬 임펄스들(50)은 바람직하게 TRIAC 스위치(21)의 초기 각도 α 의 조정, 즉 전기 계통(22)의 전압의 0의 통과에 대하여 스위치 온의 지연의 조정을 통해 전자 장치(20)에 의해서 변조될 수 있다. The alignment impulses 50 are preferably controlled by the electronic device 20 via adjustment of the initial angle alpha of the TRIAC switch 21, i. E., By adjusting the delay of the switch- It can be modulated.

특히, 상기 초기 각도 α는 계통 전압의 실제 값, 회전자의 관성질량 및 회전자의 위치에 기반하여 조정될 수 있어서, 회전자의 최대 가속도를 보장하는 동안 영구자석의 자기소거 현상을 방지할 수 있다.
In particular, the initial angle [alpha] can be adjusted based on the actual value of the grid voltage, the inertia mass of the rotor and the position of the rotor, thereby preventing self-erasure of the permanent magnet while ensuring maximum acceleration of the rotor .

설명 목적으로, 도 4의 (a) 내지 (c)는 전술한 정렬 단계(100)진행 동안, 역기전력 e, 계통 전압 T, 회전자의 회전 각도 θ 및 고정자 전류 i에 대한 시간그래프를 도시한다. 3개의 그래프들은 계통 전압의 실제 값을 점차적으로 증가시킴에 따른 세 개의 구현들과 관련이 있다. For purposes of illustration, FIGS. 4 (a) to 4 (c) show time graphs for the counter electromotive force e, the grid voltage T, the rotational angle θ of the rotor, and the stator current i during the above- The three graphs relate to three implementations that gradually increase the actual value of the grid voltage.

본 실시예에서, 회전자(15)를 소정의 구동 위치로 이동하기 위하여, 전기장치(20)는, 음의 반주기에서 양의 반주기로의 계통 전압 통과에 대한 초기 각도 α 로 TRIAC 스위치(21)를 스위치 온 하는 2개의 정렬 임펄스들(50)을 생성한다.In this embodiment, in order to move the rotor 15 to the predetermined drive position, the electric device 20 switches the TRIAC switch 21 to an initial angle < RTI ID = 0.0 > a &Lt; RTI ID = 0.0 > 50 < / RTI >

TRIAC 스위치(21)의 스위치 온의 지연은 계통 전압의 실제 값이 증가함에 따라 적절히 증가된다.The delay of switching on of the TRIAC switch 21 is appropriately increased as the actual value of the system voltage increases.

회전자를 구동 위치로 이동하는데 필요한 정렬 임펄스들(50)이 생성된 경우, 본 방법은 대기 단계(200)을 제공하여 회전자(15)의 가능한 발진을 감쇄하게 한다.If the alignment impulses 50 needed to move the rotor to the drive position are generated, the method provides an atmospheric step 200 to attenuate the possible oscillation of the rotor 15.

또한, 임펄스들이 회전자(15)의 위치를 실제로 변경한 경우, 변경된 회전자의 위치는 이미 선택된 구동 위치에 부합하는, 도달된 새 위치 주위를 특정 주기 동안 발진할 것이다. 이런 발진의 감쇄를 기다려서 후속하는 모터의 구동 단계와 만나지 않는 것이 바람직하다.Further, when the impulses actually change the position of the rotor 15, the position of the modified rotor will oscillate for a certain period around the reached new position, which matches the pre-selected drive position. It is desirable not to wait for the attenuation of this oscillation to encounter the driving phase of the following motor.

과정의 대기시간은 다양한 요인들, 우선 회전자(15)의 마찰력 및 관성질량에 의존한다. 작은 크기의 영구구자석들을 사용하는 동기 모터들의 대략적인 시간은 700ms 근방의 임의의 경우 내에 있다.The waiting time of the process depends on various factors, the frictional force of the rotor (15) and the inertia mass. The approximate time of synchronous motors using small size permanent magnet magnets is in any case near 700 ms.

대기 단계의 마지막에서, 회전자(15)는 소정의 구동 위치에서 멈추는 것이 확실하다.At the end of the waiting phase, it is certain that the rotor 15 stops at a predetermined drive position.

본 방법의 후속단계는 구동 단계(300)이다. 이 단계는 본 명세서에서는 구동 임펄스들(60)이라 지칭되는, 제2 일련의 전류 펄스들의 생성을 제공하는데, 정렬 임펄스들(50)의 전압 신호와 반대인 전기 계통(22)의 전압 신호의 반주기의 동안 생성된다.The subsequent step of the method is the driving step 300. This step provides for the generation of a second series of current pulses, referred to herein as drive impulses 60, which is a half period of the voltage signal of the electrical system 22 opposite the voltage signal of the alignment impulses 50 Lt; / RTI >

생성된 구동 임펄스들(60)은 바람직하게 증가하는 강도를 갖는다. 강도는, 정렬 임펄스들(50)에 대해서 기술된 바와 같이, 항상 TRIAC 스위치(21)의 초기 각도 α 를 변화시킴에 의해서 조정된다.The resulting drive impulses 60 preferably have increasing intensity. The intensity is always adjusted by changing the initial angle [alpha] of the TRIAC switch 21, as described for the alignment impulses 50. [

회전자(15)의 구동위치때문에, 상기 구동 임펄스들(60)은 회전자의 180도 회전을 야기한다.Because of the drive position of the rotor 15, the drive impulses 60 cause a 180 degree rotation of the rotor.

우선, 특히 첫번째 (90+ θ_R)°이동(본 기술되는 실시예에서는 96°)에서, 회전자(15)는 회전자를 구동 위치의 반대 방향으로 이동시키려는 경향이 있는 코깅력에 의하여 제동된다. 그 결과, 구동 임펄스들(60)동안 증가하는 역기전력은 아래와 같은 수식에 따라 매 임펄스들의 종단에서 0으로 복귀한다.At first, especially in the first (90+ [theta] _R ) [deg.] Shift (96 [deg.] In the described embodiment), the rotor 15 is braked by the cogging force, which tends to move the rotor in the opposite direction of the drive position . As a result, the back electromotive force which increases during the driving impulses 60 returns to zero at the end of each impulse according to the following equation.

여기서 φ 는 권선(11)의 자석에 의해서 유도되는 순간 자속이며, Φ 는 이런 자속의 피크 값이며, ω_m 은 회전자의 회전 속도이고, θ는 회전자의 각변위이다.Where? Is the instantaneous flux induced by the magnet of the winding 11,? Is the peak value of such flux,? _M is the rotational speed of the rotor, and? Is the angular displacement of the rotor.

코깅력은 회전자 각도의 (45+ θ_R)°에서 자신의 최대 값에 도달하며, θ_R은 회전자가 휴지상태(0 전류)에서 취하는 전류이며, 토크는 사인 그래프로 90°까지 증가하는 전류효과에만 기인하며, 따라서 전류 임펄스는 정상 동작에서의 최대 값의 10% 내지 20%와 동일한 제어 임계치(70)를 초과하도록 상당히 증가되는 코깅력 및 역기전력의 상승을 방지하도록 특정 각도를 초과한다. 전자 장치(20)는, 하나의 구동 임펄스(60) 및 그 다음 임펄스 사이에서, 역기전력 신호의 그래프를 모니터하며; 상기 신호가 제어 임계치(70)를 초과하는 경우, 전자 장치(20)는 후술할 모터의 새로운 제어 로직을 통과한다.The cogging force reaches its maximum at a rotor angle of (45 + θ _R ) °, where θ _R is the current taken by the rotor at idle (zero current) and the torque is the current Effect, so that the current impulse exceeds a certain angle to prevent an increase in the cogging force and counter electromotive force which significantly increases to exceed the control threshold 70 which is equal to 10% to 20% of the maximum value in normal operation. The electronic device 20 monitors the graph of the counter electromotive force signal, between one drive impulse 60 and the next impulse; If the signal exceeds the control threshold 70, the electronic device 20 passes the new control logic of the motor, which will be described later.

도 5는 전술한 구동 단계(300)의 과정동안 역기전력 e, 계통 전압 T, 회전자의 회전 각θ 및 고정 자 전류 i의 시간 그래프를 도시한 것이다. 5 is a time graph of the back electromotive force e, the grid voltage T, the rotation angle? Of the rotor, and the stator current i during the process of the driving step 300 described above.

본 발명에 따른 방법은 제어 로직의 적용 단계(400)를 포함하며, 적용 단계(400)는 전기 모터(1)의 정상 동작을 향한 변환을 결정한다. The method according to the present invention comprises applying a control logic (400), wherein the application step (400) determines a conversion towards normal operation of the electric motor (1).

이 마지막 단계에서, 전자 장치(20)는 TRIAC 스위치(21)를 제어하여 아래와 같은 두 조건이 발생하는 경우에만 스위치 되는 것을 허용한다.In this last step, the electronic device 20 controls the TRIAC switch 21 to allow it to be switched only when the following two conditions occur.

a: 추정된 역기전력 신호가 계통 전압과 동일한 부호를 가진다(제 1조건).a: The estimated back-EMF signal has the same sign as the grid voltage (first condition).

b: 추정된 역기전력 신호가 0으로부터 떨어져야 한다(제 2조건).
b: The estimated back-EMF signal should fall from zero (second condition).

제1조건은 계통 동기화 신호(25)와 구형의 역기전력 신호(26) 상에서 수행되는 XNOR 연산을 통해 전자 장치(20)에 의해 구현된다.The first condition is implemented by the electronic device 20 through an XNOR operation performed on the system synchronization signal 25 and the spherical counter-electromotive force signal 26.

제2조건은 구형의 역기전력 신호(26)와 역기전력 신호의 구형의 1차 미분의 구형 신호(27) 사이의 XNOR 연산을 통해 다시 구현된다. XNOR 연산은 두 연산자가 같은 값을 갖고 있는 경우, 즉 0으로부터 떨어진 함수를 정의하는 분석적 조건인 1차 미분의 부호가 함수의 부호와 같은 경우 양의 값을 제공한다.
The second condition is reimplemented by an XNOR operation between the spherical back electromotive force signal 26 and the spherical signal 27 of the spherical first derivative of the back electromotive force signal. The XNOR operation provides a positive value if the two operators have the same value, that is, if the sign of the first derivative, which is an analytical condition defining the function away from zero, is the same as the sign of the function.

도 6은 전술한 제어 로직의 응용단계(400)의 과정 동안 역기전력 e, 계통 전압 T, 회전자의 회전 각θ, 및 고정자 전류 i의 시간 그래프를 도시한 것이다. FIG. 6 is a time graph of the back electromotive force e, the system voltage T, the rotation angle? Of the rotor, and the stator current i during the process of the application step 400 of the control logic described above.

전술한 로직의 스위치 온은 권선들(11)의 전류의 변환이 회전자(15)의 회전 방향의 구동 토크를 결정하는 경우에만 TRIAC 스위치(21)를 전도상태로 유지하는 경향이 있으며, 후술할 공식화된 조건들로부터 명확해질 것이다.The switching on of the above-mentioned logic tends to keep the TRIAC switch 21 in the conducting state only when the conversion of the currents of the windings 11 determines the driving torque in the rotational direction of the rotor 15, It will become clear from the formalized conditions.

내적에 의해서 주어진 고정자 전류에 의해 생성되는 구동 토크는:The driving torque generated by the stator current given by the inner product is:

반면에 역기전력은On the other hand,

이며, 따라서Therefore,

이다.to be.

ω_m의 구동 토크 값과 동일한 구동 토크 값 C_M 을 획득하기 위하여, 권선을 회전하는 전류가 역기전력과 동일한 부호를 갖게 하는 것이 또한 필요하다.In order to obtain the drive torque value C _M that is equal to the drive torque value of? _m , it is also necessary that the current that rotates the winding has the same sign as the counter electromotive force.

이러한 조건에 기반하여, 모터의 바람직한 제어 로직은 역기전력 및 계통 전압이 같은 부호를 취하는 경우(로직을 스위치 온하는 제1조건이 실질적으로 구현되었을 경우) 공급 스위치의 스위치 온을 제공하며, 역기전력 및 전류가 다른 부호를 취하는 경우 스위치 오프를 제공한다. 사용된 스위치가 거의 순간적으로 전류를 스위치 오프시키는 경우, 이런 제어 로직은 회전자(15)의 회전 방향을 향한 구동 토크를 발생시키는바, 브레이크가 걸리지 않는다.Based on this condition, the preferred control logic of the motor provides switch-on of the supply switch when the back electromotive force and the grid voltage take the same sign (if the first condition of switching on logic is substantially implemented) Off " when < / RTI > another code is taken. When the used switch switches off the current almost instantaneously, such control logic generates a drive torque towards the direction of rotation of the rotor 15, so that it is not braked.

그러나, 한편 단지 실질적으로 구현되는 로직의 스위치 온으로부터 구별하기 위하여 스위치 온/오프라고 부를 수 있는 이런 제어 로직은 본명세서에서 기술된 실시예에 따른 전자 장치(30)에 의해서 중복될 수 없다. 또한, 스위치 오프 조건을 감지하는데 필요한 전류 신호에 필요한 입력을 제공하지 않으며, 적절하게 스위치 오프를 수행할 수 없는 TRIAC 스위치(21)를 사용한다.However, this control logic, which may be referred to as switch on / off to distinguish it from the switch-on of logic only practically implemented, can not be duplicated by the electronic device 30 according to the embodiment described herein. It also uses a TRIAC switch 21 that does not provide the necessary input to the current signal needed to sense the switch-off condition and can not perform switch-off properly.

로직을 스위치 온 하는 것은, 제2 스위치 온 조건으로 스위치 오프하는 제어를 실질적으로 대체한다. 이런 방법으로, TRIAC 스위치(21)는 역기전력의 주기적 그래프가 자신의 피크치를 이미 초과하는 경우에 스위치 되지 않으며, 이는 변수가 부호를 변경하는 프로세스에 있고, 스위치를 스위치 온함으로써 생성되는 전류 임펄스와 곧 다르게 될 경우에 있기 때문이다. 즉, 제2조건은 선험적으로 스위치 온/ 오프 로직에 따른 스위치 오프를 이끄는 조건들의 발생을 방지한다. Switching on the logic substantially replaces the control of switching off to the second switch-on condition. In this way, the TRIAC switch 21 is not switched when the cyclic graph of the counter electromotive force already exceeds its peak value, which is in the process of changing the sign, and the current impulse generated by switching on the switch This is because it may be different. That is, the second condition prevents the occurrence of conditions that a priori cause the switch-off according to the switch on / off logic.

그 결과, 제 2조건에 의하여, 로직의 스위치 온은 동기 모터(1) 회전자(15) 상의 브레이크 토크들의 생성을 방지한다.As a result, due to the second condition, the switching on of the logic prevents the generation of break torques on the synchronous motor (1) rotor (15).

로직을 스위치 온하는 제1 조건은, 계통 전압과 달리 역기전력이 부호의 변경 프로세스에 있는 경우, 스위치(21)를 조기 스위치 온함으로써 변경될 수 있다. 이런 경우, 제1 조건은, 역기전력이 계통 전압과 다른 부호라도, 0 값으로 접근하고 소정의 임계치 이하의 절대값을 갖는 경우, 스위치(21)의 스위치 온을 허용한다. The first condition for switching on the logic can be changed by prematurely switching on the switch 21 when the back electromotive force is different from the grid voltage in the sign changing process. In this case, the first condition allows the switch 21 to be switched on when the back electromotive force approaches zero and has an absolute value below a predetermined threshold, even if the back electromotive force is different from the grid voltage.

허용된 사전 조치가 과도하지 않는 경우, 전류가 계통 전압에 대해 여전히 지연되는 사실을 고려하는 경우에도 조건은 역기전력과 전류 사이의 매칭에 상당한 영향은 주지 않으며, 이런 방법으로 전류 피크는 빠르게 용이한 구동에 도달한다.
If the allowable precautions are not excessive, even if the fact that the current is still delayed with respect to the grid voltage does not have a significant effect on the matching between the counter-electromotive force and the current, Lt; / RTI >

도 8은 초기 구동의 유 또는 무에 대한 제어 로직의 적용단계 동안, 역기전력e, 회전자 전류 i 및 토크 C의 시간 그래프를 비교한다. 초기 구동에 대한 값들은 첨자1에 의해 식별되며, 비초기 구동을 참조하는 값들은 첨자 2를 취한다.Fig. 8 compares the time graph of the counter electromotive force e, the rotor current i and the torque C during the application phase of the control logic to or from the initial drive. Values for the initial drive are identified by subscript 1, and values referring to non-initial drive take the subscript 2.

로직을 스위치 온하는 제2 조건은 역기전력의 절대 피크값에 상응하지 않는 회전자(15)를 감속, 예를 들어 코깅 토크 또는 회전자의 부하에 따라 감속함으로써 스위치(21)의 스위치 온을 방지할 수 있다. 이런 경우 상기 조건은 생성된 전류 임펄스가 회전자(15)의 구동 토크를 발생하기 때문에, 과도하게 제한되었다고 증명한다. The second condition for switching on the logic is to prevent the switch 15 from being switched on by decelerating the rotor 15 which does not correspond to the absolute peak value of the counter electromotive force, for example, according to the load of the cogging torque or the rotor . In this case, the condition proves to be overly limited, since the generated current impulse generates the drive torque of the rotor 15.

단점들을 제한하는데 초점을 맞춰서 과제의 해결수단에서 언급한 설비들을 사용하는 가능성보다, 제 2조건은 어느 경우에도, 원하지 않는 반대에도 불구하고, 구동시 모터의 성능을 상당히 향상시킨다. The second condition, in any case, significantly improves the performance of the motor in driving, despite undesirable opposition, rather than the possibility of using the facilities mentioned in the solution means by focusing on limiting the shortcomings.

이 점에 관해서는, 로직을 스위치 온하는 제 1 조건이 적용되어 발생하는 토크 C_a 와 로직의 2가지 조건 모두가 적용되어 발생하는 토크 C_ab를 비교하는 도 7을 고려한다.With respect to this point, consider FIG. 7, which compares the torque C _ab generated by applying both the torque C _a and the logic, which occurs when the first condition for switching on the logic is applied.

동기화 모터(1)의 동기화 조건이 도달되는 경우, 구동은 완료되고 모터는 정상 동작 속도에 있다. When the synchronization condition of the synchronization motor 1 is reached, the drive is completed and the motor is at the normal operation speed.

개시된 방법과 장치는 동기 전기 모터를 낮은 구동 전압, 정상 동작 속도에서의 고효율 및 가동 부분의 낮은 비용을 유지한 채로 구동시키는 것을 가능하게 한다. 고정자 권선들에 사용되는 가동 재료들의 양 또는 효율을 낮출 수 있기 때문에, 상당한 경제적 효과가 될 수 있다. 또한, 고정자 팩(pack)은 낮은 비용과 부피를 의미하는 얇은 두께를 가질 수 있다. The disclosed method and apparatus make it possible to drive a synchronous electric motor with low drive voltage, high efficiency at normal operating speeds and low cost of moving parts. The amount or the efficiency of the movable materials used in the stator windings can be lowered, which can be a considerable economic effect. In addition, the stator packs can have a low thickness, which means low cost and volume.

장치와 방법의 또 다른 장점은 영구자석을 사용하는 단상 동기 모터의 구동시 필요한 구동 전압을 감축시킬 수 있다는 사실에서 도출된다. 이런 종류의 머신에서, 구동 전압은 일반적으로 효율성을 최적화하는 정상 동작 전압보다 훨씬 크다. 이러한 제한은 설계자로 하여금 구동하기 위하여 충분하게 낮은 수의 코일들을 제공하도록 강요하여, 효율성을 떨어트린다. 필요한 구동 토크의 감소는, 권선들의 코일들의 수를 증가하는 것이 가능하도록 하여서, 효율성과 온도 드리프트의 큰 이점까지 도달한다.Another advantage of the apparatus and method is derived from the fact that the driving voltage required for driving a single-phase synchronous motor using permanent magnets can be reduced. In this type of machine, the drive voltage is generally much larger than the normal operating voltage, which optimizes efficiency. This constraint forces the designer to provide a sufficiently low number of coils to drive, thereby reducing efficiency. The reduction in the required drive torque makes it possible to increase the number of coils of the windings, thus reaching a great advantage of efficiency and temperature drift.

전술한 구동 로직의 다른 장점은 회전자의 영구자석의 자기소거 현상을 방지하는 사실로부터 도출된다.Another advantage of the drive logic described above is derived from the fact that it prevents the magnetic erasure of the permanent magnets of the rotor.

이런 현상은 높은 고정자 자기장이 영구자석의 자기장과 반대되는 경우, 즉 회전자가 극 축을 따라 정렬되거나 거의 정렬되고 회전자 권선들을 회전하는 전류가 센 경우에 발생할 수 있다.This phenomenon can occur when the high stator magnetic field is opposite to the magnetic field of the permanent magnet, that is, when the rotor is aligned or nearly aligned along the polar axis and the rotating current of the rotor windings is high.

전술한 방법에서, 정렬 단계동안, 이런 조건은 초기 각도 α가 잠재적으로 위험한 회전자 구성들의 정확하게 근처에서 전류를 스위치 온하는 것을 지연하는 사실로부터 방지된다.In the above-described method, during the alignment step, this condition is avoided from the fact that the initial angle [alpha] delays switching on the current in close proximity to potentially dangerous rotor configurations.

변환 단계에서, 제어 로직은 회전자의 극 축의 결정적인 정렬 위치에 상응하는, 역기전력의 부호의 변경 근처에서 스위치를 스위치 온할 수 있다. 그러나 전류가 위험한 수준으로 도달하는 필요 시간 동안, 회전자는 정렬 위치로부터 충분히 떨어져서 움직인다. 또한 이 경우 영구자석의 자기소거에 대한 위험이 없다. In the conversion step, the control logic can switch on the switch near the change of the sign of the counter electromotive force, corresponding to the critical alignment position of the polar axis of the rotor. However, during the required time for the current to reach a dangerous level, the rotor moves far enough away from the alignment position. In this case, there is no risk of magnetic demagnetization of the permanent magnet.

당업자는 부수적이고 구체적인 요구를 만족시키기 위하여, 다양한 수정물 및 변형물을 전술한 방법과 세탁기에 도입할 수 있고, 이 모든 것들은 특허청구범위에 의하여 정의되는 본 발명의 보호 범위에 의하여 보호될 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications and variations can be introduced in the above-described methods and washing machines to meet the additional and specific needs, all of which are protected by the scope of protection of the invention as defined by the claims.

1: 동기모터
10: 고정자
11: 권선
12a, 12b: 극 확장
15: 회전자
20: 전자 장치
21: TRIAC 스위치
22: 전기 계통
23: 계통의 전압 신호
24: 스위치의 전압 신호
25: 계통의 동기화 신호
26: 역기전력 신호
27: 역기전력의 1차 미분 신호
30: 처리 장치
31: 제1입력
32: 제2입력
33: PWM 출력
35: 동기화용 부분
36: 전원 공급부
50: 정렬 임펄스
60: 구동 임펄스
70: 제어 임계치
θ: 회전자의 회전각
e: 역기전력
i: 고정자 전류
T: 계통 전압
C_a: 스위치 온하는 제 1 조건이 적용되어 발생하는 토크
C_ab: 로직의 2가지 조건 모두가 적용되어 발생하는 토크1: Synchronous motor
10: Stator
11: Winding
12a, 12b: pole extension
15: Rotor
20: Electronic device
21: TRIAC switch
22: Electrical system
23: System voltage signal
24: voltage signal of the switch
25: Synchronization signal of the system
26: back electromotive force signal
27: primary differential signal of counter electromotive force
30: Processing device
31: First input
32: second input
33: PWM output
35: part for synchronization
36: Power supply
50: Align impulse
60: Driving Impulse
70: control threshold
θ: Rotation angle of the rotor
e: Back electromotive force
i: stator current
T: grid voltage
C _a : torque generated by applying the first condition for switching on
C _ab : Torque generated by applying both of the two conditions of logic

Claims

영구 자석 회전자 및 스위치에 의해 전기 계통과 연결된 권선이 제공된 고정자를 포함하는 단상 동기 전기 모터 구동 방법에 있어서,
상기 방법은 상기 스위치의 제어 로직을 적용하는 적어도 하나의 단계를 포함하고,
상기 제어 로직은 제1 조건 및 제2 조건을 제공하되, 상기 스위치는 상기 제1 조건 및 제2 조건 하에서 스위치 온 될 수 있고,
상기 제어 로직의 적용 단계동안, 상기 제1 조건 및 제2 조건은 권선에서 순환하는 전류가 상기 전기 모터에 의해 생성된 역기전력과 동일한 부호(sign)인 것을 보장하는 목적을 가지며;
상기 제1 조건은 감지된 역기전력 신호가 전기 계통 전압 신호와 동일한 부호를 갖는 경우 검증되고;
상기 제2 조건은 상기 역기전력 신호가 자신의 1차 미분값과 동일한 부호를 갖는 경우 검증되는, 단상 동기 전기 모터 구동 방법.A method of driving a single phase synchronous electric motor, comprising a permanent magnet rotor and a stator provided with a winding connected to an electric system by a switch,
The method comprising at least one step of applying the control logic of the switch,
The control logic providing a first condition and a second condition wherein the switch can be switched on under the first condition and the second condition,
During the application of the control logic, the first and second conditions have the purpose of ensuring that the current circulating in the winding is the same sign as the counter electromotive force generated by the electric motor;
Wherein the first condition is verified if the sensed back electromotive force signal has the same sign as the electrical system voltage signal;
Wherein the second condition is verified when the counter electromotive force signal has the same sign as its first derivative value.

제 1항에 있어서,
상기 스위치를 스위치 온하는 제1 조건은, 구형의(squared) 역기전력 신호 및 계통 동기화 신호에 XNOR 로직 연산을 적용함으로써 검증되는, 단상 동기 전기 모터 구동 방법.The method according to claim 1,
Wherein the first condition for switching on the switch is verified by applying an XNOR logic operation to the squared counter-electromotive force signal and the system synchronization signal.

제 1항에 있어서,
상기 제2 조건은, 구형의(squared) 역기전력 신호 및 상기 역기전력의 1차 미분의 구형 신호에 XNOR 로직 연산을 적용함으로써 검증되는, 단상 동기 전기 모터 구동 방법.The method according to claim 1,
Wherein the second condition is verified by applying an XNOR logic operation to a rectangular signal of a squared back electromotive force signal and a first derivative of the counter electromotive force.

제 1항에 있어서,
상기 제1 조건 및 상기 제2 조건은, 상기 역기전력 신호 및 스케일된 역기전력 신호의 1차 미분 신호의 합으로부터 획득된 2차 구형의 신호 및 계통 동기화 신호에 XNOR 로직 연산을 적용함으로써 동시에 검증되는, 단상 동기 전기 모터 구동 방법.The method according to claim 1,
Wherein the first condition and the second condition are simultaneously verified by applying an XNOR logic operation to the secondary sine signal and the system synchronization signal obtained from the sum of the counter-electromotive force signal and the first differential signal of the scaled back- A method for driving a synchronous electric motor.

제 1항에 있어서,
상기 제어 로직의 적용 단계동안, 상기 스위치의 스위치 온이 상기 제1 조건의 발생보다 앞서는, 단상 동기 전기 모터 구동 방법.The method according to claim 1,
During the application of the control logic, the switch-on of the switch precedes the occurrence of the first condition.

제 1항에 있어서,
상기 제2 조건은, 상기 역기전력 신호가 자신의 1차 미분값과 다른 부호를 취하는 경우에, 상기 역기전력 신호의 1차 미분의 부호의 마지막 변화에 부합하는 상기 역기전력 신호의 피크값이 임계값 아래의 절대 값을 갖는 경우 검증되는, 단상 동기 전기 모터 구동 방법.The method according to claim 1,
Wherein the second condition is that when the counter electromotive force signal takes a sign different from its own first differential value, the peak value of the counter electromotive force signal, which matches the last change of sign of the first derivative of the counter electromotive force signal, And verified if it has an absolute value.

제 1항에 있어서,
상기 제어 로직의 적용 이전에, 상기 회전자가 코깅(cogging) 토크를 극복하도록 구동되게 의도된 동일한 부호의 일련의 구동 임펄스를 갖는 전류를 회전자 권선에 공급하는 단계를 더 포함하는, 단상 동기 전기 모터 구동 방법.The method according to claim 1,
Further comprising supplying to the rotor winding a current having a series of drive impulses of the same sign intended to be driven to overcome the rotor cogging torque prior to application of the control logic, Driving method.

제 7항에 있어서,
상기 구동 임펄스들은 점차적으로 증가되는 강도를 갖는, 단상 동기 전기 모터 구동 방법.8. The method of claim 7,
Wherein the drive impulses have a gradually increasing intensity.

제 7항 또는 제 8항에 있어서,
상기 제어 로직의 적용 단계는 상기 역기전력 신호의 소정의 제어 임계치가 초과된 경우 구동되는, 단상 동기 전기 모터 구동 방법.9. The method according to claim 7 or 8,
Wherein the application of the control logic is driven when a predetermined control threshold of the counter electromotive force signal is exceeded.

제 7항 또는 제 8항에 있어서,
상기 회전자를 소정의 구동 위치로 이동시키기 위한 상기 구동 임펄스들과 상이한 부호의 일련의 정렬 임펄스 전류를 상기 권선에 공급하는 예비단계를 더 포함하는, 단상 동기 전기 모터 구동 방법.9. The method according to claim 7 or 8,
Further comprising a preliminary step of supplying to the windings a series of alignment impulse currents of a sign different from the drive impulses for moving the rotor to a predetermined drive position.

제 10항에 있어서,
상기 정렬 임펄스 전류를 권선에 공급하는 예비단계 이후 및 상기 구동 임펄스들을 회전자 권선에 공급하는 단계 이전에 대기단계를 포함하고, 상기 대기단계는 상기 회전자를 안정화하기에 충분히 길게 지속되는, 단상 동기 전기 모터 구동 방법.11. The method of claim 10,
A standby step prior to the step of supplying the alignment impulse current to the windings and prior to the step of supplying the drive impulses to the rotor windings, the atmospheric step comprising a single phase synchronous Electric motor drive method.

제 1항에 있어서,
상기 역기전력 신호는, 상기 권선으로 공급되는 전류가 0인 기간에서의 전기 계통 전압과 상기 스위치의 전압의 차이로 획득되는, 단상 동기 전기 모터 구동 방법.The method according to claim 1,
Wherein the counter electromotive force signal is obtained by a difference between an electric system voltage and a voltage of the switch in a period in which a current supplied to the winding is zero.

제 1항에 있어서,
상기 스위치는 TRIAC 스위치인, 단상 동기 전기 모터 구동 방법.The method according to claim 1,
Wherein the switch is a TRIAC switch.

동기 모터를 구동하는 전자 장치에 있어서,
처리 장치; 및
상기 처리 장치에 의해 제어된 상기 동기 모터에 전류를 공급하는 스위치를 포함하되,
상기 처리 장치는 계통 전압 신호 및 상기 스위치를 경유하는 전압 신호를 수신하여,
상기 전자 장치는 제 1항 내지 제 8항, 제 12항, 및 제 13항 중 어느 한 항에 따른 단상 동기 전기 모터 구동 방법을 구현하도록 구성되는, 전자 장치.An electronic device for driving a synchronous motor,
Processing device; And
And a switch for supplying current to the synchronous motor controlled by the processing device,
The processing apparatus receives a system voltage signal and a voltage signal via the switch,
Wherein the electronic device is configured to implement the single phase synchronous electric motor drive method according to any one of claims 1 to 8, 12 and 13.

제 14항에 있어서,
상기 스위치는 TRIAC 유형의 스위치인, 전자 장치.15. The method of claim 14,
Wherein the switch is a TRIAC type switch.